 |
|
Гибридные системы сверхпроводник-полупроводник-магнетик
С самого начала, со времен теории
Гизбурга-Ландау, было ясно, что одной из основых величин в теории
сверхпроводимости является фаза phi конденсатной волновой функции Psi =
|Psi|e^{i phi}. Со времени появления теории БКШ известно, что причина
сверхпроводимости - куперовское межэлектронное взаимодействие сильное при
малом суммарном импульсе электронов. С открытия эффекта Джозефсона
разрабытывается наука о слабой сверхпроводимости в одиночном туннельном
контакте, сужении, тонкой проволоке, очень тонкой пленке, и прочих
сверхпроводящих структурах пониженной размерности, т.е., на современном
языке, мезоскопических объектах. Более того, обсуждавшиеся выше эффекты,
связанные с фазовой когерентностью электронной волновой функции в
нормальных металлах и полупроводниках, имеют много общего с феноменом
куперовской неустойчивости, ведущей к сверхпроводимости. Поэтому почти вся
проблематика мезоскопических явлений, описаная выше, как бы повторяется
еще раз в варианте "плюс сверхпроводимость".
Природа сверхпроводимость в низкоразмерных системах с сильным
электрон-электронных взаимодействием таит еще много загадок. Совсем
недавно удалось экспериментально доказать что в одном из низкоразмерных
органических сверхпроводников, электроны спариваются с одинаковыми а не
противоположными спинами (так называемая триплетная сверхпроводимость). В
результате этого, например, сверхпроводимость может усиливаться, а не
разрушаться внешним магнитным полем. Подобное спаривание наблюдается в
системе сильно взаимодействующих атомов He3, приводя к сверхтекучести при
сверхнизких температурах; физика этой сверхтекучей фазы далеко не
полностью изучена.
Вполне естественно, что при рассмотрении сверхпроводниковых туннельных
контактов приходится еще раз вспомнить о явлении кулоновской блокады,
которая в данном случае может стать причиной новых удивительных явлений,
связанных с квантовым туннелированием макроскопических состояний и
возникновением когерентных состояний, т.е. макроскопических двухуровневых
систем, подобных частице со спином 1/2. Как и в "нормальных" грязных
металлах, в мезоскопических сверхпроводниках с примесями существуют
сильные флуктуации термодинамических и кинетических величин. Задача
последовательного одновременного анализа эффектов локализации,
кулоновского взаимодействия и сверхпроводящего спаривания пока еще далека
от решения. Однако, есть много весьма интересных частных случаев, в
которых удается продвинуться. К таковым относится проблема транспорта в
S-N и S-N-S структурах, где N - грязный металл, далекий, однако, от порога
локализации. Определяющим эффектом здесь является андреевское отражение
электрона, падающего на поверхность сверхпроводника, когда отраженная
частица оказывается дыркой (эффект предсказан А.Андреевым из ИФП им.
Капицы в 1964 г. и в последнее время очень активно исследуется
экспериментально). Интерференция электронов в нормальной области вблизи
сверхпроводника приводит к фазовой чувствительности проводимости, и ее
существенной нелокальности при низких температурах (обычный закон сложения
сопротивлений при последовательном соединении здесь уже не выполняется -
более того, полное сопротивление цепи может расти при уменьшении
сопротивления одной из ее частей!).
|
|
